解决筹划︱串补平台干扰分析及改进建议

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中国南方电网超高压输电公司梧州局的研究职员温才权，在2016年第2期《电气技能》杂志上撰文指出，串补平台存在较多的电容元件，且其面积较大，相对付500kV母线，串补对地电容较大，在非等电位拉合刀闸时，产生的电弧强度远比普通500kV非等电位拉合刀闸产生的电弧大。
在实际运行中也涌现过多次保护退出，保护误动等征象。

本论文通过对分合刀闸进行分类，区分等电位与非等电位拉合刀闸的差异。
并对实际滋扰情形进行剖析，对增加高频滤波电容的浸染进行剖析。
针对现有端子箱的技能标准，与分外情形下屏蔽需求，提出修正端子箱标准的见地。
针对现有装置接地方式进行剖析，并提出改进见地。
对现二次电缆的屏蔽办法进行剖析，提出改造见地。
为串补平台的抗滋扰提出培植性见地。

1 序言

串补平台的对地电压为线路的相电压，其电磁环境较为恶劣，受到影响因数较多。
而安装在平台上的二次设备受到的滋扰较大。
串补平台存在较多的电容元件，且其面积较大，相对500kV母线对地电容较大，在非等电位拉合刀闸时，产生的电弧强度远比普通500kV非等电位拉合刀闸产生的电弧大。

在实际运行中，多次涌现由于非等电位拉合刀闸导致串补保护误动、退出等严重征象，严重影响了串补的稳定运行。

贺州串补、河池串补、百色串补等南网范围内多套串补设备，在非等电位拉合刀闸、线路故障时，均多次涌现保护采样装置非常导致串补保护误动、退出等严重征象。
经由多年的运行剖析，可创造该类型故障均可能由串补平台PFOI受到滋扰引起。

2 滋扰基本情形

贺州柳贺甲、乙线2套串补装置，分别于2009年5月尾、6月初投产，串补容量共计780Mvar，采取美国GE公司的产品。
在运行过程中多次涌现二次采样突变导致串补保护误动、误码多导致串补保护退出等征象。
以下将分两种情形进行先容。

2.1 非等电位拉合刀闸时保护退出

在运行操作过程中，当合上第一把平台刀闸或者拉开末了一把平台刀闸时，多次发生串补保护报“通讯故障”导致保护退出的征象，严重影响了串补的正常运行。
表1统计了投运前3年韶光内，拉合串补刀闸导致串补保护退出的征象。

表1 串补保护退出统计

2.2 采样突变导致保护误动

表2 串补保护采样突变统计

在运行过程中，系统无非常情形下，二次采样电流多次涌现较大的突变，导致保护误动。
保护误动的统计入表2所示。

3保护退出缘故原由剖析

3.1拉合刀闸两种类型影响剖析

为了剖析拉、合刀闸的电磁滋扰，便于剖析，将其分为两类：等电位拉合刀闸和非等电位拉合刀闸。
如果刀闸在拉开之后，或者合上之前，刀闸两端的电位同等，则将其暂定为等电位拉合刀闸，反之则称为非等电位拉合刀闸。
贺州串补站多次涌现非等电位拉合刀闸导致串补保护退出，乃至串补保护动作的严重征象。

但在等电位拉合刀闸时，从未涌现过类似征象。
这从理论上也随意马虎剖析得到，在非等电位拉合导致时，由于设备对地电容、刀闸两端电压剧变等成分影响，将会产生较大的电弧。
而等电位拉合刀闸时由于两端电压同等，不会产生电弧。

3.2滋扰波形剖析

在故障录波上可以看到，在拉合刀闸瞬间，地面上的电缆存在20ms旁边的滋扰电压，平台上的电容器组CT监测到的电流一次幅值达到140A。
如图1所示。

该滋扰有以下两种可能：1）CT二次回路的电流滋扰；2）一次设备存在一定的滋扰电流。

图1 平台电容器组滋扰电流

3.3通讯故障的缘故原由

通讯故障导致保护退出的保护逻辑有：

1、当任意一相通讯告警时，如果其它两相中的任何一相的电容电流或者断路器电流大于100A，持续3秒，则报通讯故障，同时将串补保护退出运行。

2、当保护监测到误码率在一定韶光内超过一定值时则报通讯故障，同时将串补保护退出运行。

由于第一条逻辑须要电流超过100A持续超过3秒，而拉合刀闸的滋扰电流只保持至毫秒级。
以是只有一种可能，便是误码率太高导致串补保护报通讯故障，引起串补保护退出。

为了进一步确认故障缘故原由，用专用的误码检测仪接到数据光纤上监测误码，非等电位拉合刀闸六次，个中一次涌现串补保护退涌征象。
保护退出时，误码检测仪监测到误码最高可达64个。
每一相的误码测试结果如表3所示。

表3 采样系统接管到误码数

由于平台与地面保护采取光纤通信，而光纤险些不会受到电磁波的滋扰，故可以确定，平台上面的采样装置PFOI（串补平台上的数模转换模块，将CT的二次仿照量转换成数字量，通过光纤转发到保护装置）已经受到严重滋扰，导致产生误码。

4采样非常缘故原由剖析

4.1滋扰波形剖析

采样非常分两种情形，一种瞬时复归，如图2所示；另一种可能保持数小时，如图3所示。

在串补正常运行时，平台故障电流为0，但在运行过程中，多次涌现突变征象，导致串补保护误判断为平台故障，将串补永久旁路。
如图2所示。

图2 瞬时复归的滋扰电流

图3 持续的采样非常

图3为在串补涌现采样非常导致串补旁路后，平台故障电流采样持续保持大于7000A。
持续三个多小时。

由于故障时候采样电流为为较为稳定的直流，且数值较大，高达数千安培。
因此可以确定该非常的采样非真正的二次滋扰电流引起，而是由滋扰引起导致PFOI模块非常，导致采样产生较大的突变。
因此剖析重点应放在办理PFOI的电磁环境恶劣问题上。

5 改进建议

5.1 电磁滋扰剖析

由于串补平台的电容器件较多，容量较大，且平台面积较大，尺寸达128.3m，间隔地面的高度为6.878m，见图4，其对地电容远远大于500kV母线的对地电容，非等电位拉合刀闸时产生的电弧，也远远大于非等电位拉合空母线时产生的电弧。

图4 串补平台

图5 2377刀闸分闸时测试波形全貌（末端开路）[1]

国内外有干系的文献研究分合刀闸产生的电弧频谱，如非等电位拉合220kV线路时，丈量载波收发信机输入真个暂态电压波形，对其频谱剖析。
创造其过电压幅值可达3000V，在50~150kHZ频段聚拢了大部分能量。
产生的电弧频谱如图5所示。

5.2 加装滤波电容效果剖析

为了防止CT二次滋扰电流影响平台的丈量装置PFOI，在供能CT、丈量CT二次回路加装一个高频电容，接管高频滋扰电流。

在加装该电容后，能有效降落CT二次回路的滋扰电流。
某一次非等电位拉合刀闸时，平台电容的CT的电流最大值变为60A，如图6所示。
低于没有安装高频电流之前的140A。

但该方法无法办理串补保护退出、采样非常的征象。
紧张缘故原由有：该方法无法降落通过屏蔽线对PFOI耦合的电磁滋扰，也无法降落通过空间对PFOI耦合的电磁滋扰。
无法办理电磁滋扰导致PFOI误码较多的缘故原由，也无法办理串补保护退出。

图6 平台电容器组滋扰电流（加装高频电容后）

5.3 屏蔽层接地方式

由于CT的二次电缆采取软屏蔽线，然后将二次电缆穿入铁材料制作的套管中，CT二次电缆在PFOI端采纳一点接地。
如图7、8所示。
而电缆的外防护套没有设计成屏蔽层，一端安装在304不锈钢制作的端子箱上，接地电阻较小，另一端也直接安装在CT上，接地电阻较大。
导致电缆外防护套管一端接地，无法起到屏蔽浸染。

图7 CT的二次电缆

图8 CT二次回路的屏蔽管

根据南方电网的反措哀求：“对付单屏蔽层的二次电缆，屏蔽层应两端接地，对付双屏蔽层的二次电缆，外屏蔽层两端接地，内屏蔽层宜在户内一点接地。
以上电缆屏蔽层的接地都应联接在二次接地网上[2]。
”

针对串补平台滋扰较大，且电缆、电缆防护套的所包围的面积较大，通过其耦合对PFOI的滋扰较大，为了避免该耦合路径的滋扰，其屏蔽办法必须精确有效。
为了达到该目的，建议对屏蔽层进行如下改造：

丈量外防护套管的转移阻抗、屏蔽效率等，确定其可作为电磁屏蔽材料，然后将其两端接地。
CT二次电缆的屏蔽层保持在PFOI端一端接地。

5.4 端子箱屏蔽

由于现有海内有浩瀚规范哀求端子箱须要采取不锈钢材料。
比如江苏省电力公司的《江苏省电力公司变电站端子箱技能标准》规定“端子箱的外壳采取整板不锈钢板（304型钢）弯制，外壳无接缝，表面拉丝组装成型[3]”；安徽省电力公司的《安徽电网变电站端子箱及二次电缆质量标准（试行）》哀求“端子箱要利用不锈钢材料，端子箱的前沿与两侧应保留透气孔，透气孔的大小要能防止小飞虫进入，透气孔的设置既要有利于端子箱内气体的自然流动，又要具备防雨功能，防止因气体不流利造成端子箱内发霉、受潮[4]。
”

而以上规定均没有深入考虑端子箱对电磁场的屏蔽需求。
贺州串补站平台上的端子箱也属于304不锈钢材料，而该类型材料的磁导率靠近于1，且其电阻率为0.73 mm2/m，其导电性能远远差于铜、铝等金属材料，电磁屏蔽性能较差。

而串补平台的电磁环境具有高电压，大电流，电磁变革快等特点，该材料不能起到有效的屏蔽浸染。
针对贺州站串补平台上的二次滋扰电流，该材料制作的端子箱已成为二次回路的屏蔽层漏洞，建议将其改造为屏蔽效果好的材料。

也针对此情形，重新考虑端子箱的技能标准，针对电磁滋扰较大的环境须要采取电磁屏蔽性能较好的材料。

5.5装置接地

个中受滋扰影响较大的平台采样装置PFOI的接地方式如图7、9、10所示。
CT的二次屏蔽电缆全部搜集到一点，然后进入装置内部，由装置一根4mm2的软线接到装置的接地点。
然后用一根接地线，接到端子箱的接地点上，再由端子箱的接地线接到串补平台上。

图9 PFOI内部构造图

图10 串补PFOI接地方式

非等电位拉合刀闸时，流经串补的电流为零，PFOI的供能采取激光供能，其供能电压较稳定。
但非等电位拉合刀闸时，平台滋扰较大，而二次电缆的屏蔽效果不好，外防护套没有起到屏蔽浸染，端子箱的屏蔽效果也较差，装置接地线、CT二次电缆接地保护线、CT二次电缆的屏蔽线、端子箱的接地线将会相互滋扰，将PFOI的电磁环境变得更恶劣，从而导致装置运行不稳定，产生较多的误码或者数值偏差较大。

为了装置地不受高频滋扰电压的影响，应将装置的接地线与CT的二次屏蔽线、电缆外防护套接地线、端子箱的接地线、CT二次电缆接地保护线分开接地。
即CT的屏蔽线接地不再进入装置内部，而是直接接到平台的接地点。
装置地经由过电压保护装置接地，使得平台滋扰电压不窜入PFOI装置，同时担保PFOI不受高电压影响，如图11所示。

图11 改进的PFOI接地方式

6 结论

在改进了PFOI的接地方式后，非等电位拉合刀闸导致串补保护自动退出的问题得到改进，运行一年多的韶光内没有再发生串补保护自动退出的问题。
但采样非常问题依然未能得到根本办理。

串补平台上的电磁环境较繁芜，非等电位拉合刀闸产生的电弧强度较大，对设备抗电磁滋扰能力哀求较高。
本文从500kV贺州串补站的实例出发，对加装高频滤波电容的效果进行剖析实测。

提出端子箱在电磁兼容繁芜环境下的屏蔽需求，提出对相应规范、标准改进见地。
对二次屏蔽层提出改造方案，有效避免二次回路形成的滋扰。

对装置地的接线办法提出改造见地，减少PFOI受到的电磁滋扰。
但仍有浩瀚难题须要深入研究，并等待实际验证。

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